KR20110000419A - 스트립의 평탄도 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 스트립의 평탄도 측정장치는 사상 압연된 스트립을 권취기로 이송시키는 스킨패스롤, 상기 스킨패스롤과 상기 권취기에 의해 장력이 부가된 상기 스트립에 주기적인 시변 자기장을 발생시켜 상기 스트립에 바크하우젠 노이즈(Barkhuasen Noise)를 발생시키고, 발생된 바크하우젠 노이즈를 감지하는 자기장 센서 및 상기 자기장 센서로부터 상기 바크하우젠 노이즈에 관한 신호를 전송받고, 상기 바크하우젠 노이즈에 근거하여 상기 스트립의 응력 및 평탄도를 산출하는 제어부를 포함한다.

이에 의하면, 스트립에 장력이 발생하여 스트립에 변위가 발생하지 않는 경우에도 스트립의 평탄도를 정확하게 측정할 수 있고, 스트립의 표면을 손상시키지 않고 스트립의 평탄도를 측정할 수 있으며, 그로 인해 최종 제품의 품질을 향상시킬수 있는 이점이 있다.

스트립, 평탄도, 바크하우젠 노이즈

Description

스트립의 평탄도 측정장치{Device for measuring flatness of strip}

본 발명은 스트립의 평탄도 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 장력이 부가된 스트립에 바크하우젠 노이즈(Barkhuasen Noise)를 발생시켜 그로부터 스트립의 응력 및 평탄도를 측정할 수 있는 스트립의 평탄도 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로, 스트립 등의 판 형상의 제품은 가열된 소재를 두 개의 롤(roll)사이에 밀어 넣고 압착시켜 정해진 치수 및 형상으로 생산하는 다수의 압연기를 이용하는 압연공정을 통해 생산된다. 다수의 압연기에서 압연된 스트립은 롤러테이블에 의해서 이송되어 냉각을 위한 냉각대 등 이후 공정에서 처리되게 된다.

이러한 방식으로 생산되는 스트립의 평탄도 불량은 압연기의 롤 압하력에 의해 휘어지거나 스트립의 중앙부와 가장자리 부분의 압하량이 달라져서 발생하는 스트레인 편차에 의해 주로 발생하는 것으로, 최근 스트립 제품의 고품질화 추세에 의해 스트립의 평탄도의 정도는 중요한 품질인자가 되고 있다.

종래의 스트립의 평탄도 측정방법에는 비접촉식과 접촉식이 있는데, 비접촉식의 대표적인 방법으로 레이저빔(Laser Beam)을 일정각도로 스트립 표면에 조사하 여 정반사량과 난반사량을 측정함으로서 스트립의 평탄도를 계산하는 방법이 있으나, 이는 스트립에 장력이 발생할 경우에 변위가 발생하지 않게 되어 평탄도의 측정이 어렵다는 단점이 있다.

또한, 접촉식의 대표적인 방법으로 폭 방향에 대해 수개로 분할된 롤러 내에 로드 셀과 같은 압력 센서를 부착하여 장력이 걸린 스트립의 표면에 접촉시켜 폭방향 압력차에 의한 측정 방법이 있으나, 이는 스트립과 분할 롤러와의 접촉에 의한 스트립의 표면이 손상되고, 그 외에도 룰러의 마모, 스트립의 재질, 크기 등의 변화, 센서의 정비성 등에 의해 스트립의 평탄도를 정확하게 측정할 수 없을 뿐만 아니라 그 정확성을 신뢰할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 장력이 부가된 스트립에 바크하우젠 노이즈(Barkhuasen Noise)를 발생시켜 그로부터 스트립의 응력 및 평탄도를 측정할 수 있는 스트립의 평탄도 측정장치를 제공함에 있다.

본 발명에 따른 스트립의 평탄도 측정 장치는, 사상 압연된 스트립을 권취기로 이송시키는 스킨패스롤, 상기 스킨패스롤과 상기 권취기에 의해 장력이 부가된 상기 스트립에 주기적인 시변 자기장을 발생시켜 상기 스트립에 바크하우젠 노이즈(Barkhuasen Noise)를 발생시키고, 발생된 바크하우젠 노이즈를 감지하는 자기장 센서 및 상기 자기장 센서로부터 상기 바크하우젠 노이즈에 관한 신호를 전송받고, 상기 바크하우젠 노이즈에 근거하여 상기 스트립의 응력 및 평탄도를 산출하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 자기장 센서는 상기 스킨패스롤과 상기 권취기 사이에 배치될 수 있다.

또한, 상기 자기장 센서는, 상기 스트립에 주기적인 시변 자기장을 발생시키도록 요크형 마그네트에 코일이 권회되어 형성되는 자화코일부, 상기 스트립에서 발생된 바크하우젠 노이즈를 감지하는 감지코일부 및 상기 자화코일부와 상기 감지코일부를 수용하는 하우징을 포함할 수 있다.

또한, 상기 자기장 센서는 상기 스트립의 상부면의 소정높이에서 스트립의 폭 방향으로 복수개가 이격되어 배치될 수 있다.

본 발명에 따르면, 스트립 내부의 응력과 바크하우젠 노이즈 사이의 비례적인 관계를 이용하여 스트립의 평탄도를 측정할 수 있으므로, 스트립에 장력이 발생하여 스트립에 웨이브와 같은 변위가 발생하지 않는 경우에도 스트립의 평탄도를 정확하게 측정할 수 있는 이점이 있다.

또한, 비접촉식인 자기장 센서를 적용하여 스트립의 표면을 손상시키지 않기 때문에 스트립의 재질, 크기 등의 변화에 영향을 주지 않고 스트립의 평탄도를 측정할 수 있고, 최종 제품의 품질을 향상시킬수 있는 이점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 스트립의 평탄도가 불량한 경우를 도시한 도면이고, 도 2는 스트립에 장력이 부가되지 않은 경우, 스트립의 평탄도 측정방법을 설명하기 위한 도면, 도 3은 스트립에 장력이 부가된 경우, 장력에 의해 웨이브가 감소됨을 보인 도면, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 평탄도 측정장치의 개략도이다.

일반적으로 스트립(strip)의 평탄도(S)는 스트립 표면이 어느 정도 평탄한지를 나타내는 지수이며, 예를 들면 도 1에 도시된 바와 같이 스트립(1)의 평탄도 불량은 센터에 웨이브가 지는 센터 웨이브형 불량과, 양 엣지에 웨이브가 지는 엣지 웨이브형 불량 등이 있다.

스트립(1)의 평탄도(S)는 도 2에 도시된 바와 같이, 통상적으로 정현파 특성을 나타내고, 스트립(1)에 형성되는 웨이브의 주기(L)와 웨이브의 파고(h)를 측정하여 아래의 수학식 1에 의해 구해진다.

따라서, 스트립(1)의 평탄도(S)를 측정하기 위해서 스트립(1)에 형성된 웨이브의 주기(L)와 파고(h)를 측정하여야 할 필요가 있다.

그러나, 스트립(1)이 사상 압연기를 지나 길이방향으로 진행하면서 후술할 스킨패스롤 또는 이송롤 등에 물리게 되는 경우에는, 스트립(1)에 일정한 장력(T)이 부가되어 그로 인해 스트립(1)은 도 3의 (b)와 같이 편평해진다.

따라서, 스트립에 장력이 발생할 경우에 웨이브와 같은 변위가 발생하지 않게 되어, 웨이브의 주기(L)와 웨이브의 파고(h)를 측정할 수 없으므로 상기 수학식 1에 의한 평탄도의 측정은 곤란해진다.

본 발명에서는, 스트립에 형성된 웨이브의 주기와 파고를 직접 측정하지 않고, 장력으로 인해 편평해진 스트립의 내부에 발생된 응력을 측정하고 그로부터 스트립의 평탄도를 측정한다. 여기서, 스트립의 응력을 측정하는 방법으로 스트립에 바크하우젠 노이즈(Barkhuasen Noise)를 발생시켜 그로부터 스트립의 응력을 측정 하는 방법을 이용하며, 스트립에서 발생된 바크하우젠 노이즈의 레벨을 측정하면 도 2에 도시된 정현파와 유사한 정현파 곡선을 얻을 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 금속편, 예를 들어 스트립에서의 응력 또는 구조적 결함 등의 특성은 스트립에 시변자기장(時變磁氣場)을 발생시켜 이 자기장에 의해 스트립에 생기는 자기 노이즈를 분석함으로써 확인할 수가 있다. 특히 본 발명은 스트립의 응력을 확인하기 위한 한 방법으로서 바크하우젠 효과(Barkhausen effect)로 알려진 현상을 이용한다.

이는 자기장을 점진적으로 변화시킬때 스트립과 같은 물질의 자기화는 연속적으로 급격하게 변화하고, 스트립에 인접하게 감지코일을 배치시켜 이 감지코일에 발생되는 전기적 잡음을 통해 상기 자기장의 세기 변화로 인한 자기화의 급격한 변화를 확인할 수 있다. 여기서, 스트립의 소정 지점에서 발생되는 바이크하우젠 잡음레벨은 그 지점에서의 응력의 크기와 방향에 따라 달라지게 된다.

본 발명에서는 스트립의 응력을 확인하기 위해 스트립에 바크하우젠 노이즈를 발생시키는 자기장 센서를 이용한다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 다른 스트립의 평탄도 측정 장치를 설명한다.

도 4에서 도시한 바와 같이 본 발명의 스트립의 평탄도 측정 장치는, 스트립 이송 장치(10, 20), 권취기(30), 자기장 센서(40) 및 제어부(50)를 포함한다.

상기 스트립 이송 장치는 스킨패스압연을 위한 스킨패스롤(10) 및 이송롤(20)을 포함하고, 사상 압연기로부터 최종 두께로 압연된 스트립(1)을 스킨패스 롤(10) 및 이송롤(20)의 회전을 통한 마찰력으로 이동시켜 권취기(30)로 권취시킨다.

여기서, 스킨패스(skin pass)압연은 다단 압연기를 이용한 사상 압연 후에 스트립(1)의 형상을 좋게 하기 위한 압연으로, 이를 통해 스트립(1)에 발생한 형상결함을 제거할 수 있다.

또한, 이송롤(20)은 스트립(1)이 권취기(30)에 권취되는 것을 용이하게 하도록 구비되는 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이 스트립(1)의 상부와 하부에 각각 구비될 수 있으나, 스트립(1)의 하부에만 구비되어도 무방하다.

스킨패스롤(10)을 통과한 스트립(1)의 상부면(1a) 상에는 자기장 센서(40)가 배치된다.

자기장 센서(40)는 스트립(1)의 평탄도 측정을 위해 스트립(1)의 응력을 측정하는 장치로, 다수의 압연기 중 최종 사상 압연기의 출측에서 스트립(1)의 응력을 측정할 수 있도록 스킨패스롤(10)과 권취기(30) 사이에 배치된다.

자기장 센서(40)는 스킨패스롤(10), 이송롤(20) 또는 권취기(30)에 의해 장력이 부가된 스트립(1)에 바크하우젠 노이즈(Barkhuasen Noise)를 발생시키고, 스트립(1)에 발생된 바크하우젠 노이즈를 감지한다.

도 5는 도 4에 도시된 자기장 센서의 구성을 개략적으로 표시한 구성도, 도 6은 도 4에 도시된 자기장 센서의 작동방법을 설명하기 위한 블록도이다.

도 5를 참조하면, 자기장 센서(40)는 자화코일부(41), 감지코일부(42) 및 하 우징(43)을 포함한다.

자화코일부(41)는 "U"자형의 요크형 마그네트(41a)에 코일(41b)이 권회되어 형성된다.

도 6을 참조하면, 신호 발생기(61)에서 발생한 일정 주파수의 교류 신호를 전원 증폭기(62)에서 증폭하여 요크형 마그네트(41a)에 권회된 코일(41b)에 인가하면 요크형 마그네트(41a)에 유기된 자기장에 의해, 자기장 센서(40)에 대향하는 스트립(1)에는 자구들의 변위 또는 회전에 의한 바크하우젠 노이즈가 발생된다.

여기서, 신호 발생기(61)와 전원 증폭기(62)는 자기장 센서(40)와 별도의 구성으로 설명되었지만, 자기장 센서(40)의 하우징(43)내에 수용되는 일 부품으로 구성되어도 무방하다.

이와 같이, 자화코일부(41)는 시험하고자 하는 스트립에 인접하게 배열되어 주기적인 시변신호에 의해 자화됨에 따라 스트립(1)에 주기적인 시변 자기장을 발생시키게 되고, 이에 따라 스트립(1)에 발생되는 시변 자기장은 스트립(1)의 자기화에 급격한 변화로 인해 바크하우젠 노이즈를 야기시킨다.

감지코일부(42)는 스트립(1)에 근접 배치되어 스트립(1)에서 발생하는 바크하우젠 노이즈를 감지하여 상기 바크하우젠 노이즈에 관한 신호를 제어부(50)로 전송한다.

자기장 센서(40)는 스트립(1)의 상부면(1a)의 소정 높이에서 스트립(1)의 폭방향으로 복수개가 이격되어 배치될 수 있고, 도시되지 않은 프레임 등 다양한 수단에 의해 고정된다.

자화코일부(41)와 감지코일부(42)은 내부에 소정의 공간을 갖는 하우징(43)에 수용된다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 평탄도 측정 장치의 동작을 자세히 설명한다.

스트립(1)이 스트립 이송 장치(10, 20)에 의해 권취기(30)로 이송되는 동안, 스트립(1)이 스킨패스롤(10)과 이송롤(20)에 물림으로써 스트립(1)에 일정한 장력이 부가되어 스트립(1)이 도 3의 (b)와 같이 편평해진다.

이 경우, 스트립(1)이 도 3의 (b)와 같이 편평해지더라도 실제 스트립(1) 내부 여러 지점들 사이의 평탄도는 서로 다르고, 스트립(1)의 평탄도가 각 지점에 따라 다른 상황에서 스킨패스롤(10)과 이송롤(20) 등에 의해 스트립(1)에 장력이 부가되면 스트립(1) 내부에 응력이 발생하게 된다.

이 때, 스트립(1)에 장력이 부가되면, 장력이 부가되기 전 평탄도가 높은 지점일수록 장력 부가 후 응력이 높아지게 되며, 본 발명에서는 이와 같은 스트립의 평탄도와 응력 사이의 선형적인 비례 관계를 이용하여, 스트립(1)에 장력이 부가된 후 스트립(1) 내부의 각 지점에서의 응력을 이용하여 그로부터 역으로 스트립(1)의 평탄도를 산출하는 방식을 채택한다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 신호 발생기(61)에서 발생한 일정 주파수의 교류 신호, 예를 들어 0.1Hz, Hz 등의 교류 신호를 전원 증폭기(62)에서 증폭하여 요크형 마그네트(41a)에 권회된 코일(41b)에 인가하면 요크형 마그네트(41a)에 유기된 자기장에 의해, 자기장 센서(40)에 대향하는 스트립(1)에는 자구들의 변위 또는 회 전에 의한 바크하우젠 노이즈가 발생된다.

이와 같이 자화코일부(41)가 스트립(1)에 주기적인 시변 자기장을 발생시키고, 이로 인해 스트립(1)의 자기화에 급격한 변화로 인해 바크하우젠 노이즈가 발생하면, 감지코일부(42)는 스트립(1)에서 발생하는 바크하우젠 노이즈를 감지하여 바크하우젠 노이즈에 관한 신호를 제어부(50)로 전송한다.

감지코일부(42)로부터 전송된 바크하우젠 노이즈에 관한 신호는 제어부(50)의 증폭기 및 필터(51)에 인가되고, 증폭기 및 필터(51)는 감지코일부(42)에서 감지한 바크하우젠 노이즈를 증폭 및 여과시켜 시그널 프로세서(52)에 인가한다.

시그널 프로세서(52)는 그에 따른 바크하우젠 노이즈의 레벨을 측정하여 스트립(1)의 응력을 정량적으로 측정하고, 측정된 응력에 근거하여 스트립(1)의 평탄도를 산출한다.

예를 들어, 스트립(1) 내의 응력이 큰 지점에서 발생하는 바크하우젠 노이즈는 큰 값을 갖고, 반대로 스트립(1) 내의 응력이 작은 지점에서 발생하는 바크하우젠 노이즈는 작은 값을 갖는다.

이와 같이, 자화코일부(41)에서 스킨패스롤(10)과 이송롤(20)을 경유하여 이송 중인 스트립(1)에 주기적인 시변 자기장을 발생시키면, 스트립(1) 내의 응력이 큰 지점과 작은 지점 사이에서 발생하는 바크하우젠 노이즈의 값을 측정함으로써, 스트립(1)의 평탄도를 측정할 수 있다. 측정된 스트립(1)의 평탄도는 소정의 디스플레이부(53)를 통해 외부로 표시될 수 있다.

도 7은 스트립의 진행방향에 따른 스트립의 바크하우젠 노이즈의 값을 측정 한 결과를 도시한 그래프이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 스트립의 진행방향에 따른 스트립의 바크하우젠 노이즈를 산출해보면, 도 2에 도시된 바와 유사한 정현파 특성을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

상기 정현파 특성으로부터 도 2의 L과 h에 대응되는 새로운 L'와 h' 값을 산출함으로써 하기의 수학식 2를 이용하여 스트립의 평탄도(S')를 측정할 수 있다.

여기서, 바크하우젠 노이즈가 기준 노이즈인 지점, 예를 들면 도 6의 c 지점의 평탄도를 0으로 정의한다. 즉, 평탄도가 0인 지점의 응력을 기준 응력으로 설정하고, 그 지점에서의 바크하우젠 노이즈를 기준 노이즈로 설정할 수 있다.

도 7을 참조하면, 스트립의 진행방향 중 a 지점에서의 바크하우젠 노이즈는 기준 노이즈보다 큰 값, 양(+)의 값을 갖고, 이 지점은 평탄도(S')가 0인 c 지점의 기준 응력보다 큰 응력을 갖는 지점이다.

스트립의 진행방향 중 b 지점에서의 바크하우젠 노이즈는 a 지점에서의 바크하우젠 노이즈보다 작으므로, 이 지점은 a 지점에 비해 응력 및 평탄도(S')가 작으며, 마찬가지로 c 지점에서의 응력 및 평탄도(S)는 b 지점의 응력 및 평탄도(S')에 비해 작다.

한편, 자기장 센서(40)를 스트립(1)의 상부면(1a)의 소정높이에서 스트립(1)의 폭방향으로 복수개가 이격 배치시켜 시변 자기장을 발생시켜 바크하우젠 노이즈를 감지하면, 스트립(1)의 길이방향 뿐만 아니라, 폭 방향의 평탄도에 관한 데이터도 함께 산출할 수 있는 이점이 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립(1)의 평탄도 측정 장치에 의하면, 스트립(1) 내부의 응력과 바크하우젠 노이즈 사이의 비례적인 관계를 이용하여 스트립(1)의 평탄도를 측정할 수 있으므로, 스트립(1)에 장력이 발생하여 스트립(1)에 변위가 발생하지 않는 경우에도 스트립(1)의 평탄도를 정확하게 측정할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 평탄도 측정 장치는 비접촉식인 자기장 센서(40)를 적용하여 스트립(1)의 표면을 손상시키지 않기 때문에 스트립의 재질, 크기 등의 변화에 영향을 주지 않고 스트립의 평탄도를 측정할 수 있고, 최종 제품의 품질을 향상시킬수 있는 효과가 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 스트립의 평탄도가 불량한 경우를 도시한 도면,

도 2는 스트립에 장력이 부가되지 않은 경우, 스트립의 평탄도 측정방법을 설명하기 위한 도면,

도 3은 스트립에 장력이 부가된 경우, 장력에 의해 웨이브가 감소됨을 보인 도면,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립의 평탄도 측정장치의 개략도,

도 5는 도 4에 도시된 자기장 센서의 구성을 개략적으로 표시한 구성도,

도 6은 도 4에 도시된 자기장 센서의 작동방법을 설명하기 위한 블록도,

도 7은 스트립의 진행방향에 따른 스트립의 바크하우젠 노이즈의 값을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 간단한 설명>

1 : 스트립 10: 스킨패스롤

20: 이송롤 30: 권취기

40: 자기장 센서 50: 제어부

Claims (4)

1. 사상 압연된 스트립을 권취기로 이송시키는 스킨패스롤;

   상기 스킨패스롤과 상기 권취기에 의해 장력이 부가된 상기 스트립에 주기적인 시변 자기장을 발생시켜 상기 스트립에 바크하우젠 노이즈(Barkhuasen Noise)를 발생시키고, 발생된 바크하우젠 노이즈를 감지하는 자기장 센서; 및

   상기 자기장 센서로부터 상기 바크하우젠 노이즈에 관한 신호를 전송받고, 상기 바크하우젠 노이즈에 근거하여 상기 스트립의 응력 및 평탄도를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트립의 평탄도 측정 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 자기장 센서는 상기 스킨패스롤과 상기 권취기 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 스트립의 평탄도 측정 장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 자기장 센서는,

   상기 스트립에 주기적인 시변 자기장을 발생시키도록 요크형 마그네트에 코일이 권회되어 형성되는 자화코일부;

   상기 스트립에서 발생된 바크하우젠 노이즈를 감지하는 감지코일부; 및

   상기 자화코일부와 상기 감지코일부를 수용하는 하우징을 포함하는 것을 특 징으로 하는 스트립의 평탄도 측정 장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 자기장 센서는 상기 스트립의 상부면의 소정높이에서 스트립의 폭 방향으로 복수개가 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 스트립의 평탄도 측정 장치.

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